[发明专利]提供关于半导体元器件的老化状态的信息

说明书

对于具体的功率半导体能可靠地确定老化状态。对此在半导体元器件(IGBT 1)开始运转之前测定温度电压特征曲线(S1)和半导体元器件的热阻的参考阻值(S2)。在开始运转之后为了确定当前的热阻值(S5)而确定半导体元器件在其加热时的温度上升(S3，S4)。随后测定当前的热阻值和参考阻值之间的差(S6)，并且取决于此地给出关于老化状态的信息(S7)。

技术领域

本发明涉及一种用于提供关于功率电子设备的半导体元器件的老化状态的信息的方法。特别地，应当能够提供关于电运行的车辆或风轮的变流器的半导体元器件的这样的信息。此外，本发明涉及一种功率半导体装置，其提供关于半导体元器件的老化状态的信息。

背景技术

功率半导体老化。类似于汽车轮胎的轮廓，功率半导体(IGBT，Diode，MOSFET等)磨损直到故障。在电运行的车辆的变流器中采用功率半导体时，这样的故障能够导致变流器输出级的自发的完全故障，其结果是机动车辆无法行驶。与例如汽车轮胎其轮廓磨损取决于车道特性、驾驶员的驾驶行为和天气的情况相类似地，功率半导体同样取决于多个应用参数不同地快速老化。然而其它的与汽车轮胎的情况不同地，不能够利用视觉检测测定功率半导体的老化状态。为了测量寿命消耗，需要虚拟的阻挡层温度(仅能间接测量)，并且此外在负载电流时的导通电压是适合的。虚拟的阻挡层温度(利用测量电流测量)联系产生虚拟的阻挡层温度的损失功率给出了关于半导体的内部老化状态的消息，同时在存在负载电流(比测量电流大二至四个数量级)时的导通电压给出了关于芯片上侧触点接通的状态的消息。

该测量方法在负载变换测试时应用。负载变换测试是在功率半导体的研发/资格证明阶段中进行的类型试验，根据其结果测定功率半导体的寿命曲线。对此必须在用于确定虚拟的阻挡层温度(后面也简称为“阻挡层温度”)的测试开始之前选择性地调校功率半导体。现今习惯的方法、从外部加热半导体的“被动调校”必须利用附加设备实施(加热室或者加热板)，并且不能够在使用位置(变频器)中实现。

迄今为止在产品研发期间的准备阶段中计算的是，相应的功率半导体多长时间执行完其功能。为了在机动车辆领域中估测功率半导体的寿命，在功率半导体的寿命曲线上反映了寿命模拟中的不同的行驶轨迹。计算的质量一方面取决于行驶轨迹的有关实践，并且另一方面取决于之后的现实，即电运行的车辆的驾驶员实际上是否遵循制造商的行驶轨迹。后者也许是很少见的情况。迄今为止无法实现寿命消耗或者老化率的现场测量。

从在后公开的DE 10 2012 005 815中已知了用于测定功率电子设备的半导体元器件的温度调校特征曲线的方法。对此，半导体元器件的功率接口与用于负载电流的第一电流源、用于测量电流的第二电流源、用于测量要么经由功率接口要么经由与功率接口连接的辅助接口下降的电压的伏特表联接。此外，与数据处理系统连接的半导体元器件在接通第一电流源时的间隔中经由其损失功率加热。在通过半导体元器件的热学的主时间常数确定的时间段之后的间隔之间的、在断开第一电流源和接通第二电流源时经由功率接口或辅助接口下降的电压作为代表温度的值来测量。同时，温度借助于至少一个在半导体元器件上耦连的并且与数据处理系统联接的温度传感器来检测，并且相应地温度对应于一个电压值。这些值和温度在近似之后形成半导体元器件的调校特征曲线。

DE 10 2010 000 875 Al讲述了用于确定变流器中的功率晶体管的阻挡层温度的方法。此外，该方法用于通过计算功率晶体管的热阻来识别老化现象和用于预测功率半导体的剩余寿命。

此外，WO 2013/075 733 Al讲述了用于监视功率晶体管的寿命的方法。对此，未负载的参考晶体管与功率晶体管一起布置在共同的基板上。在测试模式中为参考晶体管和至少一个功率晶体管施加检测电流，其中，用于监视功率晶体管的方法从现在起测定功率晶体管的待预期的剩余寿命。

发明内容

本发明的目的在于，能够在现场更好地确定半导体元器件的老化。

根据本发明，该目的通过用于如下提供关于功率电子设备的半导体元器件的老化状态的信息的方法实现，其如下实现